KR102128508B1 - 인쇄회로기판 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 절연층, 상기 절연층의 상부 및 하부에 형성된 제 1 및 제 2 회로패턴층 및 상기 절연층을 관통하여 상기 제 1 및 제 2 회로패턴층을 전기적으로 도통시키는 하나 이상의 비아를 포함하되, 상기 비아의 단면 형상은 비원형이며, 폭은 60㎛ 내지 150㎛의 범위로 형성되는 인쇄회로기판을 제공함으로써 방열 효율의 향상 및 딤플을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

인쇄회로기판{PRINTED CIRCUIT BOARD}

본 발명의 실시예들은 인쇄회로기판 기술분야에 관한 것이다.

인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board)은 전기 절연성 기판에 전도성 재료로 회로패턴을 인쇄한 것으로, 배선이 집적되어 다양한 소자들이 실장되거나 소자간의 전기적 연결이 가능하도록 구성되는 부품이다.

최근들어, 전자 기기 및 제품의 첨단화로 인한 전자 기기 및 제품의 소형화 및 기술 집적은 꾸준히 발전하고 있으며, 이와 함께 전자 기기 등에 사용되는 인쇄회로기판의 제조 공정도 소형화 및 기술 집적에 대응하여 다양한 변화를 요구하고 있다.

일반적으로 인쇄회로기판은 도전성의 회로패턴이 형성된 여러 층의 시트가 적층 및 압착되는 구조로 이루어져 있으며, 각각의 시트에 형성된 도전성 회로패턴은 그 형상이 서로 상이할 뿐 아니라, 비아(via)에 의해 각각 선택적으로 통전되도록 연결된다.

비아란 인쇄회로기판 및 패키지의 층간 전기적 신호의 연결 통로에 해당되는 것으로, 이러한 비아는 형태에 따라 전층을 완전히 관통하여 연결하는 PTH(Plated Through Hole) 형태의 비아와, 내부층 사이를 관통하여 연결하는 IVH(Interstitial Via Hole)형태의 비아가 있으며, 완전히 관통되지 않고 중간이 막힌 비아인 블라인드 비아(Blind via)가 있다.

종래 기술에 따른 비아의 형성 과정은 도 1과 같이 드릴을 통해 원형의 비아홀(20)을 형성하고, 기판(10)의 표면 및 비아홀(20) 내주면에 디스미어 작업을 수행한 후, 비아홀(20) 내부 공간을 금속으로 충진한다.

이때, 비아홀 내부 공간에 금속을 충진시 비아의 상면에 딤플(Dimple)이 발생하게 되어 한국공개특허 제10-2006-0107061호와 같이 딤플 제거를 위해 벨트 샌딩 공정을 추가하거나, 도 2와 같이 비아(125) 형성시에 사용하는 마스크(140) 개구부의 폭(L1)을 비아홀(121)의 폭(L2)보다 좁게 형성하고 비아홀(121)에 금속을 충진하는 공정을 추가하는 문제점을 내포하고 있다.

또한, 비아의 단면 형상이 원형이므로, 단위면적당 삽입 가능한 비아홀 면적에 한계가 있는 문제점도 가지고 있다.

본 발명의 실시예들은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 비아의 단면 형상을 비원형으로 형성하고, 비아의 폭을 제한함으로써, 기판의 단위 면적당 형성 가능한 비아의 면적을 넓히고, 공기와 접촉 면적이 넓어진 비아에 충진된 금속에 의해 방열 성능을 증가시킬 뿐 아니라 딤플이 발생하지 않는 인쇄회로기판의 구조를 제공할 수 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판은, 절연층; 상기 절연층의 상부 및 하부에 형성된 제 1 및 제 2 회로패턴층; 상기 절연층을 관통하여 상기 제 1 및 제 2 회로패턴층을 전기적으로 도통시키는 하나 이상의 비아;를 포함하되, 상기 비아의 단면 형상은 비원형이며, 폭은 60㎛ 내지 150㎛의 범위로 형성할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 비아의 단면 형상을 비원형으로 형성함으로써, 인쇄회로기판의 단위 면적당 형성 가능한 비아의 면적을 넓히고, 금속물질로 충진된 비아를 통해 인쇄회로기판의 방열 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 가지게 된다.

또한, 비아의 폭을 제한함으로써, 딤플이 발생하지 않게 되고, 딤플 방지를 위한 별도의 추가 공정을 수행하지 않게 되어 공정상의 효율성을 증가시키고 제조 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 비아가 형성된 인쇄회로기판의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 종래의 딤플 제거를 위한 인쇄회로기판의 제조 공정을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 단면도를 도시한 것이다.
도 4 내지 도 10은 본 발명에 따른 다양한 비아 형상을 구비한 인쇄회로기판의 구현예를 도시한 개념도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다. 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.

본 발명은 인쇄회로기판에 관한 것으로서, 단면 형상이 비원형인 다양한 구조의 비아를 구현하고, 비아의 폭을 제한함으로써, 비아에 충진된 금속이 공기와의 접촉 면적이 넓어져 방열 성능을 향상시키고, 딤플이 발생하지 않는 인쇄회로기판의 구조를 제공하는 것을 요지로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 단면도를 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 인쇄회로기판은 절연층(210), 상기 절연층(210)의 상부 및 하부에 회로패턴 또는 전극층으로 이루어진 제 1 및 제 2 회로패턴층(230, 240), 상기 절연층(210)을 관통하여 상기 제 1 및 제 2 회로패턴층(230, 240) 상호 간을 전기적으로 도통시키는 하나 이상의 비아(220)를 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 비아(220)의 단면 형상은 비원형이며, 폭(D)은 60㎛ 내지 150㎛의 범위로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 비아(220)의 폭(D)을 상기 범위에서 형성함으로써 딤플이 발생하지 않게 되어 딤플 방지를 위한 공정을 생략할 수 있게 되어 공정의 효율성이 증가하고 제조 비용을 절감할 수 있게 된다. 상기 비아(220)의 단면 형상에 대해서는 이하의 도 4 내지 도 10에 대한 설명에서 후술하기로 한다.

상기 절연층(210)은 프리프레그나 세라믹 등의 재료로 이루어질 수 있는데, 프리프레그는 섬유 강화 복합재료용의 중간 기재로, 강화섬유에 매트릭스 수지를 예비 함침한 성형 재료이다. 프리프레그를 적층하고 가열 및 가압을 통해 수지를 경화시켜 성형품이 된다. 프리프레그로는 고분자 에폭시 수지 등의 열경화성 수지계를 사용할 수 있으며, 폴리에테르케톤 등의 열가소성 수지도 사용될 수 있다.

상기 비아(220)는 Cu, Au, Ni, Sn 중 선택되는 어느 하나 이상의 금속물질로 충진되는데, 방열 측면에서 Cu인 것이 바람직하다. 본 발명과 같이 다양한 비원형 비아의 구조를 통해 공기와의 접촉 면적을 증가시킴으로써, 기판에서 발생되는 열을 외부로 효율적으로 방열시킬 수 있게 되어 기판 전체의 방열 효율을 증대시킬 수 있게 된다.

도 4 내지 도 10은 본 발명에 따른 다양한 비아 형상을 구비한 인쇄회로기판의 구현예를 도시한 개념도로서, 비아와 절연층만을 도시하였다.

도 4 내지 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 비아(220)의 수평단면 형상은 기판의 단위 면적당 형성 가능한 비아(220)의 면적 증가를 위해 종래의 원형이 아닌 비원형으로 형성한다. 상술한 '수평단면' 이란 비아가 형성된 인쇄회로기판의 수평 방향의 단면을 기준으로 보이는 비아의 형상으로 정의한다.

이때, 딤플 방지를 위해 비아의 폭(D)은 60㎛ 내지 150㎛의 범위로 형성하는 것이 바람직하다. 상술한 본 발명에서의 '딤플'이란 인쇄회로기판의 표면이 형성하는 제1평면을 기준으로, 상기 비아의 상부 표면이 형성하는 제2평면과의 차이, 제1평면에서부터 제2평면까지의 거리차 중 최장 거리를 딤플(d)로 정의한다.

아래의 표는 상술한 본 발명의 실시예에서 비아의 폭에 따른 딤플(d)을 측정한 결과이다.

비아폭(D:um)	60	65	70	100	150	160	165
딤플(d:um)	1.01	0.92	0.63	0.41	0.20	7.01	8.21

상기 표 1의 결과와 같이, 비아의 폭이 150㎛를 초과하는 폭으로 형성되는 경우, 딤플의 폭이 매우 커져 제품의 신뢰성을 크게 하락시키게 됨을 확인할 수 있다. 또한, 60um 이하의 폭을 가지는 경우에는 본 발명과 같은 구조의 비아의 형성이 어려워 제조 자체가 어려운 문제를 초래하게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 비아의 형상은 수평 단면의 형상이 원형이 아닌 비원형 형상을 구비하며, 이를 테면 도 4에서와 같이 일 방향으로 연장 형성되는 하나 이상의 비아(220)를 형성할 수 있으며, 연장되는 형상도 도 4와 같이 직선으로 연장 형성되거나 도 6 또는 도10에서와 같이 소정 곡률을 가지며 연장 형성될 수 있을 뿐 아니라, 직선 형상과 곡률을 가지는 형상이 함께 조합하여 형성될 수도 있다.

상술한 '일 방향으로 연장 형성'된다는 것의 의미는, 비아의 수평단면의 폭(D)를 일정하게 60㎛ 내지 150㎛의 범위로 형성한 구조에서 위 폭(D)보다 긴 직경을 가지도록 단면을 연장시키는 것을 의미하며, 연장형성되는 비아의 전체 길이는 상기 비아의 수평단면의 폭(D)보다 길게 형성될 수 있다.

이러한 연장 형성 구조는 기판의 단위면적당 형성가능한 비아의 면적을 넓힐 수 있도록 하는 장점이 구현되며, 금속물질로 충진된 비아를 통해 방열성능을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 구현된다.

전체적인 비아의 형상은 도 4의 수평 단면의 형상임에도, 내부는 도 3의 구조와 같이 수직단면의 형상이 비아상부의 폭과 하부의 폭이 상이하게 형성될 수 있으며, 바람직하게는 비아 상부의 폭이 하부의 폭보다 넓게 형성될 수 있도록 하며, 도 6 또는 도 10의 구조와 같이 연장형성되는 구조에서도 이러한 폭을 상이하게 형성하는 경우, 비아 형성의 신뢰성을 높일 수 있으며, 특히 상부의 폭을 60㎛ 내지 150㎛의 범위로 형성하여 상부 표면의 딤플 현상을 제거할 수 있다.

또한, 상기 비아(220)는 소정 각도로 절곡되는 절곡부(221)를 하나 이상 포함하도록 이루어질 수 있으며, 상기 소정 각도는 도 5 및 도 8과 같이 직각으로 이루어질 수 있을 뿐 아니라 도 7과 같은 예각 또는 둔각으로도 이루어질 수 있으며, 도 9와 같이 이들의 조합으로 이루어진 다수의 절곡부(221)를 구비할 수도 있다.

아울러, 본 발명에 따른 비아(220)는 도 5 내지 도 7에서와 같은 나선형의 형상으로도 형성될 수 있다.

이와 같이, 비아(220)의 형상을 다양한 구조로 형성하고 비아(220)의 폭을 60㎛ 내지 150㎛의 범위로 제한함으로써, 인쇄회로기판의 단위 면적당 형성 가능한 비아(220)의 면적을 증가시키고, Cu, Au, Ni, Sn 등과 같은 금속 물질로 충진함으로써, 공기와의 접촉면적을 넓혀 방열 효율을 증가시킬 뿐 아니라, 딤플 발생을 방지하여 별도의 추가 공정에 따른 비용 추가를 막고, 공정의 간소화를 구현할 수 있게 된다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것은 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함 없이 본 발명에 대해 다수의 적절한 변형 및 수정이 가능함을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변형 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

110, 210: 절연층
125, 220: 비아
120, 230: 제 2 회로패턴층
130: 240: 제 1 회로패턴층
221: 절곡부

Claims (7)

1. 절연층;
   상기 절연층의 하면에 배치된 제1 회로 패턴층;
   상기 절연층의 상면에 배치된 제2 회로 패턴층; 및
   상기 절연층을 관통하며, 상기 제1 회로 패턴층 및 상기 제2 회로 패턴층을 전기적으로 도통시키는 비아를 포함하고,
   상기 비아의 수평 단면 형상은 비원형 형상이고
   상기 비아는 제1 폭을 가지는 상면 및 상기 제1 폭보다 작은 제2 폭을 가지는 하면을 포함하고,
   상기 비아의 상면의 직경은 상기 제1폭보다 크며,
   상기 제1 폭은 60㎛ 내지 150㎛의 범위를 가지고,
   상기 제1 회로 패턴층은,
   상면의 폭이 상기 비아의 하면이 가지는 상기 제2 폭과 동일한 인쇄회로기판.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 비아는,
   절곡부를 하나 이상 포함하는 인쇄회로기판.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 비아는,
   직선으로 연장 형성된 인쇄회로기판.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 비아는 나선형인 인쇄회로기판.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 비아는,
   곡률을 가지며 연장 형성되는 인쇄회로기판.
   
7. 삭제

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